兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)耦合振動分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)耦合振動分析及優(yōu)化設(shè)計重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：古西國導(dǎo)師姓名：秦大同教授專業(yè)：機(jī)械設(shè)計及理論學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二OO八年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要隨著全球可再生能源市場的迅速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為能源工業(yè)新的增長點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的增速齒輪箱是一個重要的機(jī)械部件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型化方向發(fā)展對增速箱運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性提出了很高的要求。由于風(fēng)速變化的隨機(jī)性，增速箱傳動系統(tǒng)在運(yùn)行

2、中長期受復(fù)雜的交變載荷作用而產(chǎn)生振動。這些振動會引起系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疲勞，降低設(shè)備的可靠性和增加機(jī)組維護(hù)工作量。為了降低由于振動導(dǎo)致的齒輪箱故障，提高機(jī)組工作的可靠性，提高我國風(fēng)電機(jī)組零部件國產(chǎn)化水平，需要加強(qiáng)對風(fēng)電增速箱的動態(tài)設(shè)計方法的研究。本文通過對1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱傳動系統(tǒng)進(jìn)行耦合振動分析，考慮風(fēng)載變化和輪齒時變嚙合剛度等因素，建立了傳動系統(tǒng)動力學(xué)分析模型。在此基礎(chǔ)上，求出了系統(tǒng)時域數(shù)值響應(yīng)和解析解，依據(jù)解析解推導(dǎo)了系統(tǒng)動力

3、學(xué)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)，以傳動系統(tǒng)振動小和質(zhì)量輕為目標(biāo)建立了系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型，得到了較為理想的齒輪系統(tǒng)參數(shù)。本文主要做了以下幾方面的工作：①采用集中參數(shù)法建立了傳動系統(tǒng)的動力學(xué)模型，模型中考慮了輪齒時變嚙合剛度、嚙合阻尼和風(fēng)載荷等因素，依此模型應(yīng)用拉格朗日方程推導(dǎo)出了齒輪系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動微分方程。②分析比較系統(tǒng)各種求解方法。采用四階RungeKutta法求出了系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計前后的時域數(shù)值響應(yīng)，依此來評價優(yōu)化設(shè)計結(jié)果；利用諧波平衡法求解了系

4、統(tǒng)的解析解，為傳動系統(tǒng)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)；③對優(yōu)化設(shè)計建模理論進(jìn)行分析，以齒數(shù)、模數(shù)、傳動比等為設(shè)計變量，以行星輪振動加速度幅值最小和傳動系統(tǒng)各齒輪總質(zhì)量最小為目標(biāo)，建立了增速箱傳動系統(tǒng)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計模型。④運(yùn)用MATLAB優(yōu)化工具箱編程完成優(yōu)化設(shè)計。與優(yōu)化前相比較，優(yōu)化后的傳動系統(tǒng)重量減輕、低階固有頻率明顯提高、動態(tài)特性明顯改善。上述研究可為設(shè)計質(zhì)量輕、成本低、振動小、噪聲低的風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱提供參考。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)，